遥测水位常见问题分析及整编方法探讨

石牡丽，屈阿丽，沈建亚，段建东

（陕西省西安水文水资源勘测中心,陕西 西安 721000）

随着水文现代化的不断提高,遥测水位系统已广泛应用于水文领域,有效提高了水情实时监测站点的密度和覆盖面,遥测系统方便工作的同时,在实际工作中也存在一些问题,需要对存在的问题进行分析和总结,以提高遥测数据应用的水平和质量。

1 遥测水位站工作原理及数据的采集、传输方式

1.1 遥测站工作原理

水位是指自由水面相对于某一基面的高程,是反映水体水情最直观的因素,遥测水位就是通过远程传输的水位,是遥测站在无电源无线传输工况下测量水库、河流、湖泊、坝体测压管等的水位,是监测水位变化的有效监测设备。目前我中心应用较多的为雷达水位计,也叫水位雷达,是利用电磁波探测目标的电子设备。其主要测量原理是从雷达水位传感天线发射雷达脉冲,天线接收从水面反射回来的脉冲,并记录时间T,由于电磁波的传播速度C是个常数,从而得出到水面的距离D。

1.2 遥测站数据采集、传输方式

雷达水位计测量精度高、稳定性好、没有温漂和时漂的影响,测量信号可自报或实时采集,传输方式为无线数传电台或移动公网GPRS/CDMA。可以在监测中心通过有线或无线数字通讯远程获取实时、准确的监测数据,进行汇总,生成实时水情数据库,自动完成报文生成和整编数据生成等业务处理,自动完成系统信息的管理和系统运行的管理,通过采集数据,提供辅助决策支持,特别适合目前水文有人看管,无人值守的巡测模式。

1.3 数据导出方式

一是可以在测站计算机导出数据,二是可以在水位塔RTU上导数据,三是在遥测平台上导出数据。

2 遥测水位数据常见问题分析

遥测水位数据常见问题有以下几种：①遥测设备传感器故障会使遥测数据出现无规律大值；②仪器故障,移动通讯故障、电池供电不足等会出现遥测数据缺测；③遥测探头照在干滩,水位出现恒定大值；④受风力风向、波浪高度、杂草等影响,遥测数据失真,不能代表自由水面的真实水位; ⑤改变探头高度或调整基准水位及高差会出现水位呈不同系列；⑥控制中心所有站点无数据。控制中心站点所有站点无数据一般由以下几点造成：网络不正常,中心站软件不能正常连接通信平台接收数据,控制中心站软件故障,数据库存储空间已满等,基于以上种种原因是遥测水位出现问题的主要因素,需要在工作实际中不断摸索,不断探索,才能排除故障,得到正确、合理的水位数据,才能在整编过程中正确分析、判断、处理有问题的数据。

3 遥测水位整编

遥测水位整编的目的是绘制逐时、逐日水位过程线,编制逐日平均水位表、建立水位-流量、水位-面积、水位-流速关系曲线,从而达到根据水位推求相应流量的目的。遥测水位整编的主要内容包括遥测数据精简、遥测数据整理分析,遥测数据整编计算、单站合理性检查、综合合理性检查。

3.1 遥测数据精简依据

遥测数据一般为5 min采集一次数据,一天就有288 个水位数据,一月按30 d计算就有8640 个水位数据,水位数据量巨大,为避免遥测水位过程呈锯齿状,洪水水文要素摘录表数据量大等,依据中华人民共和国水利行业标准《水文资料整编规范》（SL/T 247-2020）第6.2.4 进行精简处理。

3.2 遥测数据精简要求

当水位过程呈锯齿状时,宜采用中心线平滑方法进行处理；当水位过程平缓时,可采用摘录的方式进行处理；受水利工程影响,水位变化较大时,宜以水位变化斜率作为控制指标,按指标进行精简,并符合下列要求：

1）处理后的水位变化过程完整。

2）经处理以后计算的日平均水位与采用所有数据计算的日平均水位相差不宜超过2 cm。

3）有流量资料整编的测站,处理后的水位变化过程应满足推求流量的要求。

3.3 遥测数据整理分析

遥测数据一般有文本格式和Excel格式两种格式形式。我们需要根据应用处理的软件不同而采用不同的格式最终进入整编程序进行整编。

3.3.1 应用2.0 或5.0 整编程序进行数据处理步骤

打开2.0 或5.0 整编程序点击整编菜单→水位降水固态数据处理→在水位雨量固存数据转换界面选择水位数据类型→一般选择浙江局或湖北一方公司→把数据处理成所选数据类型→如果所用水位与整编水位有差值在水位常数里输入差值并保存→然后点击转换水位→点击转换设置及查看数据→进行水位预处理设置→写入到原始数据表中→数据已原始整编数据录入界面。

3.3.2 应用水文测验数据处理系统进行数据处理步骤

登录水文测验数据处理系统→点击水位计数据摘录→数据源选择→读取相应格式数据→选择日期和必摘设定→读取记录→保存摘录结果→在水位记载表界面点击保存→在2.0 或5.0 整编程序原始数据录入界面→导入水文测验处理系统整编文件夹下的文本数据即可。

3.3.3 应用遥测数据平台进行数据处理步骤

从遥测数据平台的整编库里直接下载不同时段,不同格式的数据进行整编,可以非汛期下载两端制数据、汛期下载四段数据,同时下载5 min数据,在Excel表格里,以两段制或四段制水位为基础,然后把涨水过程按5 min数据插入后,复制→粘贴至2.0 或5.0 整编程序录入界面。

3.4 有问题数据的处理方法

当出现大值时首先用Excel筛选功能把大值处理掉,查找出现大值原因,然后用人工观测资料代替；当出现缺测时,根据水位变化幅度进行插补或用人工观测值进行补充；当水位失真时可通过调整基准值或改变探头高度让其体现真实水位,并用人工观测资料进行整编；当水位计探头维修改造数据出现不同系列时,按不同系列整编并备注说明原因或根据调整前后差值换算成同一系列资料进行整编计算。

3.5 整编计算

遥测数据处理好后,导入整编程序相应界面并设置好控制信息,进行整编计算。如果数据有问题就会出现提示信息,根据提示信息进一步对数据进行检查、整理后程序自动计算,整编表项输出相应的成果表,如逐日平均水位表等。

3.6 水位成果单站合理性检查

进行单站合理性检查时看逐日水位变化是否连续,有无突变；是否符合涨落率的渐变性；洪水涨陡落缓的特性和水位变化的特殊性,如受洪水顶托、冰塞、冰坝及绝堤等影响；检查水位突涨、突落及峰形变化的合理性；水库及堰闸站,还应检查水位的变化与闸门启闭情况的相应性；逐日表平均值是否与最大、最小值有矛盾；一月天数是否正确；平水期水位连续多天数值是否相同,如相同要查明原因；自记数据精简是否满足日平均水位计算的要求,附注说明是否正确或和数据相符等。

3.7 水位成果综合合理性检查

1）逐日表与洪水水文要素表对照。检查测流、测输沙开始和终了的水位有没有记入水位记载本并参加计算,逐日表极值与洪要极值是否一致。

2）逐日表与实测流量成果表、实测大断面成果表对照。用遥测水位整编时,是否将（实测流量、实测大断面）观测水位添加到水位系列中；实测流量量成果表、实测大断面成果表类与逐日表极值是否存在表面矛盾或极值漏选。如：逐日平均水位表中最高水位低于实测流量成果表中的年（月）最高水位,或逐日水位表中的年（月）最低水位高于实测流量成果表中的年（月）最低水位等；逐日水位表最低水位是否低于实测大断面河底最低点高程等。

3）审查逐时水位过程线的连续性与合理性,日平均水位、特征值与出现日期的正确性。

4）特殊水情,如河干、断流、连底冻等发生及采用符号的正确性。

5）审查水位插补方法的正确性及插补的合理性。

6）与上下游水文测站对照水位过程的合理性。

4 结论

遥测系统在运行过程中,必然会不可避免地出现不同形式的故障,使遥测水位数据相应的出现不同的问题,整编人员需要善于及时发现问题,并和设备管理维护人员、接收平台管理人员加强沟通和交流,积极思考可能原因和有效处理措施,使遥测系统实现长期稳定可靠运行,让其接收、采集合理的、有质量的数据,发挥其应有的价值；进一步加强对整编软件和整编规范的学习,只有以严谨的工作态度,不断研究创新的精神才能推进遥测水位整编质量不断提高,才能提高为社会务的水平和能力。